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11．4 认识动能和势能
1．知道什么是动能、重力势能、弹性势能、机械能。
2．知道动能、重力势能、弹性势能分别与哪些因素有关。
3．知道动能、重力势能、弹性势能可以相互转化。
4．能解释自然界中机械能相互转化的现象。
重点
建立动能和势能的概念，理解影响动能和势能大小的因素。
难点
能的初步概念。
小车、木块、重物、小桌、沙子、弹簧等。
一、创设情境，导入新课
置疑：你知道人为什么要吃饭呢？
学生讨论。
人类生活、生产离不开能量。因此，我们就很有必要学习并了解一些有关能量方面的知识。
问题：根据你的认识与了解，能说说能量有哪些形式吗？
学生讨论回答。那么，什么物体具有能呢？
指出：机械能是能量中最常见的一种形式。
到底什么是能呢？请观察下列实验。
二、新课教学
(一)什么是能
1．演示实验：
(1)运动的小车推动木块运动。
(2)被举高的重物下落将小桌子压入沙中。
(3)被拉伸的弹簧拉动小车运动。
2．分析、讨论：
(1)运动的小车对木块、被举高的重物对小桌、被拉伸的弹簧对小车做没做功？你判断的依据是什么？
(2)运动的小车、被举高的重物、被拉伸的弹簧有什么共同特点？
在学生回答的基础上，引出“能量”的概念。
3．“能量”的概念：
物体具有做功的本领，就说物体具有能。
4．如何去判断能的大小
举例讨论：
四、五级风能够推动帆船“逆水行舟”；
八、九级大风可以使大树“前仰后合”，而飓风能把大树连根拔起。
分析：哪种风具有的能量最大？你怎样判断能的大小？
总结：在物理学中，能量和做功有密切的联系，能量反映了物体做功的本领。一个物体能做的功越多，这个物体的能量就越大。
5．能的单位和功的单位相同：都是焦耳(J)。
典例解读 下面关于功和能的说法中，正确的是( )
A．一个没有做功的物体，一定没有能量
B．甲物体的能量比乙物体的能量大，则甲物体一定比乙物体做的功多
C．在空中飞行的子弹，因为它能够做功，所以它具有能量
D．静止的物体，没有机械能
【解析】做功是改变能量的一种途径，能量改变了多少，可以用做功的多少去度量。即功是描述物体在力的作用下取得的成效(移动的距离)，是一个过程，而能量是物体本身所具有的，是一个状态量，物体没有做功，不一定没有能量，主要是把握“能够做功”这个关键词，一个物体对别的物体能够做功，则说明它一定具有能量。
【答案】C
(二)机械能
问题：运动的小车、被举高的重物、被拉伸的弹簧都具有做功的本领，所以都具有能。它们具有能的原因是否相同呢？
回顾实验作答：
小车之所以具有能，是因为其运动；
重物之所以具有能，是因为其被举高；
弹簧之所以具有能，是因为其发生了弹性形变。
为了区分它们，物理学中作了如下规定：
1．动能：物体由于运动而具有的能。
2．重力势能：物体由于被举高而具有的能。
3．弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能。
机械能
举例说明：日常生活中，哪些物体具有动能？哪些物体具有重力势能？哪些物体具有弹性势能？
典例解读 下面的物体中，只具有动能的是____；只具有势能的是______；既具有动能，又具有势能的是______。
A．停在地面上的汽车
B．在空中飞行的飞机
C．被起重机吊在空中静止的货物
D．弹簧
E．在水平铁轨上行驶的火车
【解析】A.停在地面上的汽车没有运动，它不具有动能；因在地面上，它也没有势能；B.正在空中飞行的飞机，它在运动着，具有动能；它离地面有一定的高度，又具有重力势能；C.在空中静止的货物，它没有动能，只有重力势能；D.弹簧在没有发生弹性形变时，它不具有弹性势能；E.水平铁轨上行驶的火车，只有动能没有势能．所以，只有动能的是E；只有势能的是C；既有动能又有势能的是B。
【答案】E C B
(三)动能的大小跟哪些因素有关
1．探究动能的大小跟哪些因素有关
置疑：物体具有的动能大小可能跟什么因素有关？并说明猜想的依据。
学生猜想：(1)动能的大小可能跟物体的速度有关；
理由：用玩具手枪射出去的塑料子弹威力大，而用手扔出去威力小，
(2)动能的大小还可能跟物体的质量有关；
理由：在车祸中，电动自行车撞倒行人的后果不太严重，而以相同速度行驶的大卡车撞人的后果严重。
设计实验方案，思考：
(1)怎样让小球自己运动起来，获得动能？
(2)动能的大小可能跟两个因素有关，用什么方法进行实验？
(3)怎样改变小球运动的速度？又怎样控制小球运动的速度相同？
(4)怎样比较小球动能的大小？
分析现象、得出结论：
质量相同时，速度越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能越大；
速度相同时，质量越大的物体能做的功越多，表明它具有的动能越大。
总结：物体的动能跟质量和速度有关，速度越大，质量越大，它具有的动能就越大。
2．练习：
(1)一辆汽车突然加速行使，它的动能________。为什么？
(2)洒水车在马路上匀速前进并不停地洒水，它的动能____________。为什么？
(3)交通部门为什么要对车辆进行限速？为什么同一路段不同车辆限速不同？
(四)势能的大小跟哪些因素有关
探究：重力势能的大小跟哪些因素有关？
置疑：物体具有的重力势能大小可能跟什么因素有关？并说明依据。学生猜想：
设计实验方案，思考：
(1)如何利用所给器材，比较重物重力势能的大小？
(2)如何在实验中控制有关的变量？
学生根据设计方案探究后，汇报结果；
分析总结、得出结论：
物体被举得越高，质量越大，它具有的重力势能就越大。
关于弹性势能的大小与什么因素有关？让学生自己课后自行设计实验方案、并进行探究。
总结：物体的位置越高，质量越大，它具有的重力势能就越大；弹性物体的弹性越强，形变越大，它具有的弹性势能就越大。
(五)机械能的转化
1．说明：
(1)动能和势能是机械能的两种表现形式。
(2)一个物体可以既有动能，又有势能，也可以只具有动能或者只具有势能。
2．练习：说明下列物体具有什么形式的机械能：
①在海上行驶的轮船。
②吊在天花板上的吊灯。
③被拉长的橡皮条。
④在空中飞行的子弹。
3．动能与势能的转化
通过实验、观察和分析，认识物体的动能和势能之间是可以相互转化的。
(1)演示并分析课本P18活动3A中设置的实验：
得出结论：物体具有的动能和势能是可以相互转化的。
(2)分析课本图11－28中的三个实例。
总结：物体的动能与势能是可以互相转化的；有摩擦等阻力时，在动能与势能的相互转化中，机械能会减少。
典例解读 1.如图所示，铅球从出手到将要落地的过程中，下列说法正确的是(不计空气阻力)( )
A．铅球由a→b时，动能逐渐增大
B．铅球在b点的机械能大于a点的机械能
C．铅球由b→c时，机械能逐渐减小
D．铅球在c点时动能最大
【解析】机械能是动能和势能的总和，如果不计空气阻力，能量没有损失，机械能的总量不变。
【答案】D
2．如图所示，光滑水平面上放有一个左边连接有弹簧的物体B，物体A以一定的速度向右运动撞击弹簧，最后A与B一起向右运动，A刚接触弹簧到A、B以相同的速度向右运动这一过程中，下列关于弹簧的弹性势能的说法中正确的是( )
A．一直减小
B．一直增加
C．先增加后减小
D．先减小后增加
【解析】A刚接触弹簧，A开始压缩弹簧，压缩的弹簧会对B产生弹力使物体B向右运动起来。但开始时B的速度比A的速度慢，A要继续压缩弹簧，直到A与B的速度相同时，弹簧不再被压缩，即此时弹簧被压缩到最大值，弹簧的形变最大，弹簧具有的弹性势能也达到最大。
【答案】B
三、练习设计
请完成《探究在线·高效课堂》“随堂演练”部分。
四、课堂小结
1．动能、重力势能、弹性势能、机械能；
2．动能大小与物体质量及速度的关系；
3．重力势能大小与物体质量及高度的关系；
4．动能和势能是可以相互转化的。
五、布置作业
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